Ontogenia y órganos del sistema inmune. Prof. Siham Salmen Halabi Instituto de Inmunología Clínica (Idic-ULA) Curso de Pre-grado

Transcripción

1 Ontogenia y órganos del sistema inmune Prof. Siham Salmen Halabi Instituto de Inmunología Clínica (Idic-ULA) Curso de Pre-grado

2 Ontogenia de linfocitos Linfocitos son las únicas células del cuerpo con una alta diversidad de receptores, capaces de reconocer a una amplia variedad de antígenos Diversidad generada durante el desarrollo Responder frente a los agentes extraños, con alta especificidad (respetando la integridad de los tejidos propios) y preservando la tolerancia

3 La inmunidad efectiva requiere de un balance entre la defensa contra los Ag extraños y la no respuesta contra los antígenos propios Preguntas a responder: A partir de que célula se generan los diferentes linajes? Donde maduran las células linfoides? Que factores median este proceso? Cuales son las decisiones que deben tomar los linfocitos? Que factores condicionan la decisión hacia los diferentes linajes?

4 Ontogenia de linfocitos Cuál es la razón de la existencia de finos mecanismos de regulación del desarrollo de los linfocitos? Asegurarse de contar con el repertorio de células capaces de reconocer a todos los Ag extraños presentes en la naturaleza Asegurarse que el sistema inmune reconozca como propio a los Ag del individuo (TOLERANCIA) Asegurarse que los linfocitos migren hacia la periferia con las herramientas básicas para enfrentarse a los Ag extraños

5 Ontogenia de linfocitos Cuál es la razón de la existencia de mecanismos finos de regulación del desarrollo de los linfocitos? Asegurarse que el receptor antigénico (BCR, TCR) sean útiles (selección positiva) y los receptores potencialmente peligrosos y autorreactivos sean eliminados (selección negativa) Asegurarse que los linfocitos puedan comunicarse con las células accesorias (aquellos que no lo hacen sufren muerte por negligencia)

6 Ontogenias de linfocitos Elementos que participan Célula progenitora pluripotencial Mediadores solubles Interacción entre las células linfoides con elementos del microambiente

7 Elementos del sistema inmune Microambiente dado por los órganos linfoides primarios y secundarios MHC-I y MHC-II Moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad de clase I y II Receptor de linfocitos T (TCR) Receptor de linfocitos B (BCR) Mediadores solubles (Ej. Interleukinas)

8 Órganos del sistema inmune Órganos primarios Timo Médula ósea Epitelio intestinal Órganos secundarios Ganglios y amígdalas Bazo MALT Bradley et al Curr Opin Immunol 2003; 15:343

9 Órganos primarios y ontogenia

10 Ontogenia de linfocitos Células hematopoyéticas (HSC): Se alojan en la médula ósea Fenotipicamenteson reconocidas por expresar CD34 Actividad de la telomerasa y autorenovación Precursor temprano con potencialidad para desarrollar células del linaje linfoide y mieloide (EPLM)

11 Suda R Trends Immunol 2005; 26:426; Ontogenia: ORIGEN DE LAS HSCs Arresto en el ciclo celular y adhesión a los osteblastos División celular asimétrica Inicio de la diferenciación requiere de activación de c-myc, pérdida de la expresión de N-caderina e integrinas Características de las HSCs en reposo 1. Protección contra el estrés a) Regulación de radicales libre, actividad de aldehído deshidrogenasa 2. Adhesión a los nichos a) Bajo requerimiento de factores de crecimiento, inhibición de la apoptosis, enlentecimiento del ciclo celular y unión por N-cadherin a osteoblastos 3. Hipoxia en los nichos

12 Mathias el al Nat Rev Immunol 2005;5:497; Pelayo et al Curr Opin Immunol 2005; 17:100 Ontogenia de linfocitos Primer paso: Progenitor multipotencial origena el linaje linfoide y mieloide En ciertos estadios de maduración puede revertirse el desarrollo de un linaje celular CLP: precursor linfoide común CMP: precurso mieloide común Comienza a expresar Rag (recombinasas)

13 Mathias el al Nat Rev Immunol 2005;5:497 Que elementos contribuyen con la decisión: Linaje mieloide vrs linfoide o Lin T vrs B Factores de transcripción involucrados en el desarrollo

14 Ontogenia: SERIE LINFOIDE Los linfocitos T, B y NK se originan de un precursor El primer evento es ubicarse en estadio precursor linfoide común (CLP), dará origen a: T, B, NK y células dendríticas de origen linfoide (plasmocitoides) Destinados a originar células B permanecen en la MO Destinados a madurar como células T egresan de la MO y se ubican en el timo IL-7 indispensable para el desarrollo de linfocitos T y B Mientras IL-15 es requerida para el desarrollo de NK NK

15 Ontogenia de los linfocitos El desarrollo de los linfocitos depende de tres procesos básicos: Migración y proliferación Diferenciación: adquisición de fenotipos maduros Selección del repertorio: células específicas a los antígenos (Ag) extraños y restringidas por las moléculas de histocompatibilidad (MHC) propias

16 Abul Abbas Mol Immunol 2002 BCR Uno de los objetivos fundamentales de la ontogenia: Generación del receptor antigénico funcional en linfocitos B (BCR) Y T (TCR) TCR

17 Ontogenia de los linfocitos T TCR: cadenas α y β (γ y δ) asociados con CD3 (γ,δ,ε, y ζζ) Moléculas que permiten la comunicación intracelular CD4 o CD8

18 Ontogenia de linfocitos T Durante la ontogenia de linfocitos T se toman las siguientes decisiones: Comisionar hacia el linaje linfoide y decidir hacia linfocito T o B Reordenamiento del TCR Escoger entre TCRγδ o TCRαβ Selección positiva y negativa Escoger entre CD4 o CD8

19 Microambiente tímico Células epiteliales corticales Corteza Células epiteliales medulares y células dendríticas Médula Región córticomedular Nat Rev Immunol

20 Boroski et al Curr Opin Immunol 2002; 14:200; Coste Immunol letters 2006; 102:1 Ontogenia: SERIE LINFOIDE Que camino tomar? Ligando de Notch está presente en las células epiteliales corticales tímicas

21 Ontogenia de Linfocitos T Decisión Tγδ vrs Tαβ Células Tγδ Comienzan a desarrollarse primero que los precursores de linfocitos T αβ Sin embargo, predomina desarrollo de Tαβ Su desarrollo en el timo es inhibido por la expresión del pre-tcr Emigran del timo, para ubicarse en las barreras epiteliales, donde culminan su desarrollo

22 Ontogenia de Linfocitos T Timocito temprano: Pro-T: Reordenamiento de la Cadena β del TCR (receptor del linfocito T) Doble negativo (DN=CD4- /CD8-) β/tdt/rag1 y 2 1 Mediado por Recombinasas 1 y 2 (Rag1 y 2) n n 1er alelo Familia de genes de la región variable, diversidad y unión Región constante

23 Reordenamiento de los genes que Rag1 y Rag2 codifican para la cadena β Dos alelos: el reordenamiento exitoso de uno de ellos inhibe el reordenamiento del otro: EXCLUSIÓN ALÉLICA

24 Bergman et al Curr Opin Immunol 2003; 15:176; Schissel Nat Rev Immunol 2003; 3:890 Ontogenia: REORDENAMIENTO DEL TCR Y BCR Modificaciones de las histonas Acetilación: accesibilidad a la cromatina Demetilación del ADN Un solo alelo Exclusión alélica

25 Ontogenia de Linfocitos T Pre-T: expresión de la cadena β y formación de pre-tcr La expresión del pre-tcr determina (cadena β + ptα): reordenamiento de la cadena α del TCR (receptor del linfocito T) Doble negativos (DN= CD4-/CD8-) n n 1er alelo Región variable, diversidad y unión Región constante

26 Ontogenia: LINFOCITOS T pretcr: Es expresado seguido al reordenamiento exitoso de TCRβ. Media señales debido a su localización constitutiva en microdominios de membrana ( rafts lipídicos ): Fosforilación y degradación de recombinasas (RAG1 y 2), asegura que no ocurra mas reordenamiento de β (exclusión alélica) Favorece reordenamiento de la cadena α Proliferación y da paso a timocitos Doble Positivos (co-expresión de CD4 y CD8)

27 Ontogenia de linfocitos Mecanismos involucrados en la generación de la diversidad Diversidad en las posibilidades de combinación Familias de genes V, D y J Combinaciones entre las cadenas β y α (en el caso de linfocitos T) o pesadas y livianas (en el caso de linfocitos B) Mediado por las Recombinasas (Rag1 y Rag2) Diversidad en los sitios de unión de los genes mediado por la enzima deoxiribonucleotil transferasa terminal o TdT

28 Ontogenia de Linfocitos T Timocito doble positivo (DP): TCRαβ TCR/CD3 CD4 CD8 Expresan TCR y además CD4 y CD8 (Doble Positivas) en la superficie: da paso a los mecanismos de selección positiva y negativa y se define el fenotipo

29 Ontogenia de Linfocitos T Control de calidad: Capaz de interactuar con MHC propia (base de toda respuesta inmune) y de esta manera reconoce los antígenos presentados Ag MHC

30 Ontogenia de linfocitos T: CÉLULAS DEL ESTROMA TÍMICO Klein et al. Curr Opin Immunol 2000; 12:179 Tienen la capacidad de expresar diversas proteínas de los tejidos periféricos por vía endógena presentarlos a los timocitos y transferirlas a las DCs. Mediado por AIRE (autoimmune regulator) que es un activador transcripcional expresado en TEC Otra vía las DC traen Ag periféricos)

31 Ontogenia de Linfocitos T: Selección positiva y negativa Muerte o anergia

32 Ontogenia: MECANISMOS DE SELECCIÓN Mecanismos involucrados en la anergia Reciclaje acelerado del TCR, por ubiquitinación mediado por la fosforilación constitutiva de Cbl (ligasa de ubiquitina) Proceso reversible

33 Ontogenia de Linfocitos T Linfocito T maduro: MHC-II MCH-I TCR/CD3 CD4 TCR/CD3 CD8 TCRαβ

34 Ontogenia de linfocitos T Selección positiva (rescate de la apoptosis): TCR tenga baja afinidad por los Ag propios Células epiteliales tímicas Selección negativa: TCR con alta afinidad por el Ag propio o incapaz de interactuar con MHC (I y II) Corteza profunda, unión córtico-medular y médula Células interdigitantes

35 Pica et al Curr Opin Immunol 2005; 17:131 Ontogenia de linfocitos: DESARROLLO DE CÉLULAS T REGULADORAS Selección positiva por agonista

36 Resumen

37 Ontogenia de los linfocitos B CD20 CD19 BCR: Inmunoglobulina (IgM e IgD) + cadenas α y β (comunicación intracelular)

38 Ontogenia de linfocitos B Su desarrollo se inicia en el hígado fetal 8 va -9 na semana y luego continúa en la médula ósea El repertorio de células se genera por recombinaciones de segmentos de los genes del receptor de linfocito B (BCR) Están sujetos a mecanismos de selección positiva y negativa

39 Ontogenia: LINFOCITOS B

40 Ontogenia de Linfocitos B pro-b: Reordenamiento genético de la cadena pesada de las inmunoglobulinas : cadena µ Bisagra IL-7R IL-3R

41 Reordenamiento de los genes que codifican para las inmunoglobulinas Dos alelos: el reordenamiento exitoso de uno de ellos inhibe el reordenamiento del otro: EXCLUSIÓN ALÉLICA

42 Ontogenia de Linfocitos B pre-b: -Expresión de la cadena pesada de la Ig (µ), en el citoplasma y membrana (pre-bcr) asociado con las cadenas sustitutivas (SL) (VpreB y λ5) µ CD79 α/β Las señales del pre- BCR median la exclusión alélica del locus de la cadena pesada -Reordenamiento genético de las cadenas livianas Ig Linfocito B inmaduro: Igm Linfocito B maduro: IgM/IgD

43 Ontogenia de Linfocitos B

44 Niiro et al Nat Rev immunol 2002; 2:945 Ontogenia: LINFOCITO B Emigran de la MO Tres poblaciones: Foliculares, Zona marginal y peritoneales

45 Ontogenia: LINFOCITOS, mecanismos de selección Selección positiva Selección negativa: Muerte Anergia Re-edición del BCR Escape de la selección negativa por cambio de la especificidad antigénica No es exclusivo de B, también se ha demostrado en T

46 ardy et al Annu Rev immunol 2001; 19:595; Su et al Curr Opin Immunol 2000; 12:191 Ontogenia de linfocitos B: Subpoblaciones en la periferia B-1: CD5+ Ubicadas preferencialmente en cavidad peritoneal Potencialmente autorreactivas No son eliminadas por antígenos propios B-2 Predominan en la periferia CD5-

47 Resumen

48 Que eventos regulan la migración y alojamiento dentro de un tejido o de un tejido a otro?

49 Recirculación y alojamiento de los leucocitos: De qué depende? Qué determina esta distribución y tráfico diferencial? Expresión y activación diferencial de receptores de quimiocinas y de integrinas Interacciones entre las células endoteliales, la matriz extracelular, quemokinas y las moléculas de adhesión

50 Migración de leucocitos: ELEMENTOS QUE PARTICIPAN Quemokinas y sus receptores Interleukinas con capacidad quimiotáctica Integrinas Cadherinas Selectinas ICAM

51 Una vez maduras las células migran a través de las vénulas endoteliales altas hacia los órganos linfoides secundarios

52 Von Adrian et al N Engl J Med 2000; 343:1020 Recirculación de linfocitos Quemokinas Selectinas Integrinas/ICAM

53 Bradley et al Curr Opin Immunol 2003; 15:343 Migración celular: QUEMOKINAS CXCR5: expresado sobre Th, permitir interacción con células B Durante la activación inicial los linfocitos pierden el receptor CCR7 y adquieren otros, lo que le permite salir hacia los tejidos inflamados CCR7: Expresado sobre los linfocitos T naive y DC maduras

54 Órganos secundarios y maduración final de los linfocitos

55 Órganos secundarios Función: Facilitan el trabajo de los linfocitos Sitios de encuentro entre células presentadoras de antígeno (APC) y linfocitos Proveen el microambiente adecuado para la expansión de linfocitos T Optimizan la activación de linfocitos B naive

56 Órganos secundarios: nódulos linfáticos, sitio de activación de la respuesta Seno subcapsular Cápsula inmune Vaso aferente Manto Centro germinal Folículo secundario Folículo primario Paracorteza Médula Válvula Vaso eferente Reticulina

57 Órganos secundarios: Folículo secundario Zona externa Cel. T Centro germinal Manto folicular Zona clara Basal Apical Centrocitos Red de C. Dendríticas foliculares Zona obscura Centroblastos Pocas C. Dendríticas foliculares

58 Órganos secundarios: nódulos linfáticos F Cordones paracorticales: Unión cortico-medular Cordones paracorticales Corredores SC Sinusoides Red de fibroblastos Corteza Médula CPV HEV CRF

59 Todo el proceso de ontogenia permite a los linfocitos estar preparados para reconocer de manera específica a los antígenos extraños

60 Problema La proteína BTK (una tirosin kinasa de los linfocitos B), involucrada en la ontogenia de los linfocitos B, media la transición de células pro-b a pre-b y participa en la activación de los linfocitos B maduros. Ciertas mutaciones en el gen que codifica para esta proteína conducen a fallas en su expresión originando un síndrome conocido como Agammglobulinemia ligada al cromosoma X o Síndrome de Bruton.

61 Interrogantes a) Cual elemento del sistema inmunológico se encuentra alterado en estos pacientes? b) Explique la ontogenia de los linfocitos B c) Si se realiza post-mortem una biopsia de los nódulos linfáticos, Que modificaciones en el microambiente esperaría encontrar? d) Uno de los productos finales de la activación de los linfocitos B es la secreción de anticuerpos (inmunoglobulinas). qué niveles de inmunoglobulinas esperaría encontrar en el suero del paciente?

62 Problema 2 La falta de expresión de la molécula de histocompatibilidad de clase II (MHC-II) en la superficie de las células presentadoras de antígeno profesionales, es debida mutaciones en los factores de trascripción responsables de activar la trascripción del gen que codifica para MHC- II (RFX5, CIITA). Este trastorno molecular conduce a un cuadro de inmunodeficiencia severa causado por alteración en el desarrollo de los linfocitos T.

63 Interrogantes a) Explique cual es el papel de la presentación de antígenos en el contexto de MHC- II y MHC- I a nivel de los órganos linfoides primarios. b) Explique como se genera el proceso de selección positiva y negativa durante la ontogenia de los linfocitos y cual es el papel de las moléculas de histocompatibilidad en este proceso. c) Que consecuencia tiene sobre la tolerancia a los tejidos propios la alteración de los mecanismos de selección positiva o negativa?